Automação Industrial e a Integração dos Sistemas Digitalizados. de Proteção, Controle e Supervisão de Subestações de Energia Elétrica

Transcrição

1 Automação Industrial e a Integração dos Sistemas Digitalizados de Proteção, Controle e Supervisão de Subestações de Energia Elétrica Thiago Messias Barata Salim PROJETO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA. Aprovada por: Prof. Ivan Herszterg, M.Sc. (Orientador) Prof. Sergio Sami Hazan Eng. Antonio Augusto Brites Magalhães i

2 RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL DEZEMBRO DE 2007 ii

3 Agradecimentos Aos meus familiares pela ajuda e incentivo. À minha noiva, pela dedicação e paciência. À TELVENT que me mostrou a Engenharia como profissão, concretizando a minha escolha de ser engenheiro. A todos os professores do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Rio de Janeiro pela dedicação e empenho na transmissão de seus conhecimentos. ii

4 Resumo O presente trabalho tem o objetivo de elaborar um estudo sobre automação industrial e seus processos, visando apresentar as características de um sistema digital integrado de proteção, supervisão, controle e automação para uma subestação. Inicialmente, serão apresentados os subsistemas que compõem um sistema integrado, detalhando aspectos técnicos e teóricos. Em seguida, será apresentado o processo de automação de uma subestação, os equipamentos utilizados, a engenharia envolvida e as etapas do projeto. Este trabalho permitirá que o leitor analise e entenda o processo de automação, assim como a arquitetura do sistema de uma subestação de energia elétrica digitalizada. iii

5 Lista de siglas CLP ED GPS IEC IED IEM IHM LAN ONS RDP SAGE SCADA SD SE TC Controlador Lógico Programável Entrada Digital Global Positioning System International Electric Commission Intelligent Electronic Device (Dispositivo Eletrônico Inteligente) Interferência eletromagnética Interface Homem Máquina Rede Local Operador Nacional do Sistema Registrador Digital de Perturbações Sistema Aberto de Gerenciamento de Energia Supervisory Control and Data Aquisition Saída Digital Subestação Transformador de Corrente iv

6 TI TP UAC Tecnologia da Informação Transformador de Potencial Unidade de Aquisição e Controle Índice 1. Introdução Sistema Digital Integrado Subsistema de Proteção Subsistema de Supervisão e Controle Coordenação x Integração dos Sistemas de Proteção, Supervisão e Controle Sistema de Comunicação...7 v

7 3.1. Redes de Comunicação Padrão RS-232C, RS-422, RS Sentido da Transmissão dos Dados Protocolos de Comunicação IEC DNP MODBUS TCP/IP Características do Meio de Transmissão Cabos Elétricos Cabos Ópticos Equipamentos Hub Switch Roteador Engenharia e Arquitetura do Sistema Controladores Lógicos-Programáveis (CLP) Entradas Digitais Saídas Digitais Entradas Analógicas SCADA...23 vi

8 4.3. Relés Digitais de Proteção Algumas funções de proteção dos relés Oscilografia e RDP GPS Transformadores de Instrumentos (TI s) Relés de Interface Transdutor Automação Industrial Diagramas Unifilares Arquitetura Geral do Sistema Arquitetura Centralizada Arquitetura Descentralizada Arquitetura da SE MOP Diagramas Funcionais Construtivos e Dimensionais Base de Dados Lógicas Conclusão Referências Bibliográficas...57 vii

9 Lista de Figuras Figura 1: Figura 2: Figura 3: Figura 4: Figura 5: Figura 6: Exemplo de um sistema de controle e proteção integrado...5 Cabo Par Trançado...16 Cabo Coaxial...17 Fibra Óptica...18 Hub de 4 portas...19 Switch...20 Figura 7: Roteador...20 Figura 8: Estrutura básica de um CLP...21 Figura 9: CLP Saitel 2000DP da TELVENT...22 Figura 10: Arquitetura da Saitel 2000DP...23 Figura 11: Unifilar da SE Onça Puma no SCADA...26 Figura 12: Relé Digital de Proteção...27 Figura 13: Instalação do RDP...29 Figura 14: Registrador Digital de Perturbação...30 Figura 15: Exemplo de registro...31 Figura 16: GPS vista frontal e traseira...32 Figura 17: Transformador de Corrente (TC)...33 Figura 18: Relés Auxiliares...34 viii

10 Figura 19: Transdutor...35 Figura 20: Visão Geral das SE s PROJETO MOP...37 Figura 21: Detalhe da LT Integradora C Figura 22: Diagrama Unifilar SE MOP parte I...39 Figura 23: Diagrama Unifilar SE MOP parte II...40 Figura 24: Arquitetura Geral do Sistema da SE MOP parte I...43 Figura 25: Arquitetura Geral do Sistema da SE MOP parte II...44 Figura 26: Arquitetura Geral do Sistema da SE MOP parte III...45 Figura 27: Figura 28: Figura 29: Comando Seccionadora...49 Entrada Digital - Seccionadora...50 Saída Digital - Seccionadora...51 Figura 30: Frontal do Painel QPC Figura 31: Figura 32: Figura 33: Status Entrada Digital...53 Comandos Saída Digital...53 Lógica de Abertura e Fechamento do Disjuntor...55 ix

11 1. Introdução A vida moderna seria impensável sem energia elétrica. Nossa sociedade não tem mais como renunciar ao uso da eletricidade. O desenvolvimento tecnológico, associado ao crescimento econômico, fez com que a energia elétrica ocupasse um lugar de destaque na sociedade moderna, que se tornou cada vez mais dependente devido a significativas mudanças no padrão de consumo. Para atender à crescente demanda com uma energia elétrica de qualidade, aliada a uma indispensável gestão empresarial com práticas de redução de custos, buscando sempre a eficiência do sistema elétrico e a melhoria das condições de atendimento ao consumidor, as concessionárias de energia têm direcionado os seus investimentos à automação industrial. Os sistemas integrados de proteção, controle e automação surgem com a finalidade de oferecer maiores recursos de operação, manutenção e qualidade de atendimento, contribuindo para a melhoria do sistema elétrico em geral. O avanço da automação está ligado, em grande parte, a evolução tecnológica que tornou esses sistemas cada vez mais confiáveis e seguros, através do uso de tecnologia de ponta nos processos operacionais. Dentro dessa realidade, as concessionárias de energia elétrica têm investido na modernização da automação das subestações de forma a garantir uma melhor e mais confiável utilização dos equipamentos sem comprometer a qualidade do fornecimento. 1

12 2. Sistema Digital Integrado Os sistemas de proteção, controle e automação de subestações experimentaram importantes mudanças devido a necessidade de investimento contínuo no setor, objetivando a garantia da quantidade, qualidade e preços adequados do produto Energia Elétrica. Para que se atenda as aspirações de um mercado consumidor cada vez mais exigente e progressista, faz-se necessário um Sistema Integrado de Supervisão, Controle e Proteção cada vez mais complexo. Assim, a utilização de sistemas digitais de supervisão e controle, juntamente com a implementação de sistemas de automação, tem contribuído significativamente para a melhoria da qualidade de atendimento, proporcionando recursos não só de manobra remota de equipamentos, mas também para a manipulação de grandes quantidades de informações, de maneira prática, racional e segura. Um Sistema Digital Integrado consiste em um conjunto de equipamentos de proteção, supervisão e controle, interligados de forma a poder trocar informações com confiabilidade e dentro de tempos aceitáveis. São conectados a uma unidade central de processamento, capaz de compartilhar tais informações aos níveis hierárquicos superiores através de um rede local (LAN). Tal sistema deve oferecer as funções de proteção, as características da automação e controle, e a disponibilidade de todas as informações em um único sistema de supervisão. O objetivo principal dessa integração é utilizar, de forma mais eficiente, os recursos de supervisão, controle, automação e proteção, com melhor desempenho e menores custos e, ao mesmo tempo, disponibilizar o maior número de informações à operação e manutenção dos sistemas elétricos, buscando sempre a eficiência do sistema e ainda possibilitando a otimização de todo o processo. A formação básica de um sistema integrado se constitui na composição dos subsistemas. Suas principais partes constituintes são: UAC s Unidades de aquisição e controle; 2

13 UCP Unidade central de processamento; Relés de Proteção; IHM Interface homem-máquina (Monitor, telas, projetor e impressoras); LAN, rede local de transferência e compartilhamento de dados protocolos e demais especificações. Figura 1: Exemplo de um sistema de controle e proteção integrado [10] Em sistemas convencionais que não possuem integração, os subsistemas de Proteção, Supervisão e Controle formam dois sistemas completamente separados. As funções de proteção são restritas aos relés, que não disponibilizam suas informações e ações e muitas vezes não informam suas ações ao sistema de supervisão e controle. O sistema de supervisão e controle, por sua vez, possui apenas as informações referentes ao controle. Já para o caso dos sistemas integrados, as informações relevantes ao processo, como correntes, tensões, estados dos equipamentos, alarmes, são aquisitadas pelos relés de proteção e UAC s e compartilhadas com o sistema de supervisão e controle. Além de compartilhar estas informações, é possível também disponibilizar no sistema de supervisão as atuações e alarmes provenientes dos relés de proteção. 3

14 É importante comentar que a integração entre os diversos dispositivos digitais pode ocorrer em diferentes níveis, podendo ser parcial ou plenamente integrado, dependendo do grau de compartilhamento das informações entre os subsistemas. A redução do custo de implementação de um novo sistema, baseando-se entre outros fatores na diminuição da quantidade de cabos, no número de ED s e SD s, será tanto mais significativa quanto mais completo for o nível de integração do sistema Subsistema de Proteção Este subsistema é responsável por executar toda a proteção do sistema, enviando as informações ao subsistema de supervisão. Para garantir economicamente os serviços de energia elétrica, é necessário proteger as instalações da rede de possíveis anomalias de funcionamento, utilizando um conjunto coerente e específico de proteção. Deve-se ter sempre em mente que a filosofia principal de proteção baseia-se em quatro requisitos básicos: Sensibilidade Seletividade Velocidade Confiabilidade Todo equipamento de proteção deve ser suficientemente sensível, isto é, capaz de responder às anormalidades nas condições de operação, e aos curtos-circuitos mínimos para os quais foi projetado. Deve possuir seletividade, reconhecendo e selecionando entre as condições que requerem funcionamento rápido, retardo na atuação, ou nenhuma operação. Além disso, sempre deve funcionar com a velocidade requerida, apresentando a confiabilidade para atuar conforme previsto. O objetivo principal da proteção é desconectar o elemento defeituoso de um sistema o mais rápido possível. A sensibilidade, seletividade e a confiabilidade são essenciais para assegurar a atuação dos disjuntores apropriados, enquanto que a velocidade é importante para manter o sincronismo entre as máquinas e permitir religamentos bem sucedidos. 4

15 2.2. Subsistema de Supervisão e Controle Este subsistema é responsável pelo controle e supervisão dos diversos equipamentos pertencentes a uma subestação. Ao conjunto dos equipamentos (hardware e software) que realizam as funções de supervisão e controle é atribuída a designação de SCADA (Supervisory, Control and Data Acquisition). Este sistema deve possuir algumas características determinantes como as funções de monitoração, comando remoto, alarme, registro de dados, seqüência de eventos, gráficos, lógicas de intertravamento, religamento automático, interface homem-máquina, entre outras. Monitoração: Apresentação ao operador do estado dos equipamentos presentes em uma subestação (disjuntores, chaves seccionadoras, etc.), além das indicações das medidas relevantes como: potência ativa e reativa, tensão, corrente, freqüência, fator de potência, posição de taps e temperatura de transformadores. Comando Remoto: Manobra dos equipamentos da SE a partir da sala de controle, por meio de interface gráfica de comando. Alarme: Informação ao operador da alteração de um status importante para determinação do perfeito funcionamento da SE. Caracteriza uma irregularidade funcional de algum equipamento, dos limites operativos de medições ou do sistema digital. Registro de dados: Todas as informações referentes às medições, indicações de estados, alarmes e ações de operação devem ser armazenadas, permitindo uma análise geral pós operativa. Seqüência de eventos: Registro das informações provenientes do subsistema de proteção, especificamente dos relés e dos comandos de abertura e fechamento dos disjuntores e chaves seccionadoras. Ficam armazenados os alarmes de proteção, registros das atuações, trip s e demais informações relevantes. 5

16 Gráficos de tendência: Informações de grandezas analógicas com suas respectivas variações no tempo. Lógicas de Intertravamento: Efetuam o bloqueio ou a permissão de ações de comandos nos equipamentos em função da topologia das SE s. Estas lógicas visam preservar a segurança operativa e a vida útil dos equipamentos. Religamento automático: Algoritmo de controle que tenta restabelecer automaticamente a topologia em caso de abertura de disjuntor. Interface homem-máquina: Recursos gráficos de operação que permitem o reconhecimento dos estados dos equipamentos, medições realizadas e a sinalização de alarmes Coordenação x Integração dos Sistemas de Proteção, Supervisão e Controle Os sistemas de Proteção, Supervisão e Controle devem interagir entre si. A forma que se realiza esta integração pode variar, dependendo da necessidade e tecnologia empregada. Em sistemas digitais com coordenação entre relés de proteção e o sistema de supervisão e controle, existe uma troca parcial de informações entre esses dois subsistemas. No caso dos sistemas digitais com integração entre as funções de proteção e o sistema de supervisão e controle, existe uma troca de informações extensa e interdependente. As funções de aquisição do estado dos equipamentos, alarmes, atuações, valores de correntes, tensões, temperaturas, etc..., são feitas uma única vez para os dois subsistemas. O consenso maior, porém, é que qualquer que seja o grau de integração, deve-se manter o sistema de proteção independente do sistema de supervisão e controle, nas funções de aquisição dos valores, por exemplo, de corrente e tensão, estado dos disjuntores, disparos e religamentos. 6

17 3. 3. Sistema de Comunicação Os sistemas de automação industrial requerem o uso de um sistema eficiente de comunicação para transmissão de sinais de dados e controle, entre os centros de controle e um grande número de CLP s e medidores. Existem muitas tecnologias de comunicação capazes de atender essa necessidade e a seleção do sistema de comunicação apropriado requer um completo entendimento de cada tecnologia de comunicação. As exigências de comunicação depende da dimensão, complexidade e grau de automação desejável para o sistema. Em geral são importantes as seguintes características: confiabilidade da comunicação custo benefício atender necessidades presentes e futuras de taxa de dados comunicação em duplo sentido (não necessária para algumas funções) operar em áreas interrompidas / falhas fácil operação e manutenção conformidade com a arquitetura do fluxo de dados 3.1. Redes de Comunicação De acordo com a configuração do sistema de comunicação, isto é, a finalidade, características técnicas e comprimento da rede, assim como a distância entre os equipamentos, as redes de comunicação podem ser: LAN s (Local Area Network, "rede de área local"): são redes utilizadas na interconexão de equipamentos e processadores com a finalidade de troca de dados. Tais redes são denominadas locais por cobrirem apenas 7

18 uma área limitada (10 Km no máximo), visto que, fisicamente, quanto maior a distância de um nó da rede ao outro, maior a taxa de erros que ocorrerão devido à degradação do sinal. As LAN s são utilizadas para conectar estações, servidores, periféricos e outros dispositivos que possuam capacidade de processamento em uma casa, escritório, escola e edifícios próximos [11]. WAN (Wide Area Network, Rede de área alargada ou Rede de longa distância ): também conhecida como Rede geograficamente distribuída, é uma rede de computadores que abrange uma grande área geográfica, com freqüência um país ou continente. Difere, assim, das LAN s e das MAN s. A maior WAN que existe é a Internet. Em geral, as redes geograficamente distribuídas contém conjuntos de servidores, que formam sub-redes. Essas sub-redes têm a função de transportar os dados entre os computadores ou dispositivos de rede. As WAN s tornaram-se necessárias devido ao crescimento das empresas, onde as LAN's não eram mais suficientes para atender a demanda de informações, pois era necessária uma forma de passar informação de uma empresa para outra de forma rapida e eficiente. Surgiram então as WAN s, que conectam redes dentro de uma vasta área geográfica, permitindo comunicação a grande distância [11]. MAN (Metropolitan Area Network, Rede de Área Metropolitana ): é uma rede de comunicação que abrange uma cidade. O exemplo mais conhecido de uma MAN é a rede de televisão a cabo disponível em muitas cidades. A partir do momento que a internet atraiu uma audiência de massa, as operadoras de redes de TV a cabo começaram a perceber que, com algumas mudanças no sistema, elas poderiam oferecer serviços da Internet de mão dupla em partes não utilizadas do espectro. A televisão a cabo não é a única MAN. Os desenvolvimentos mais recentes para acesso à internet de alta velocidade sem fio resultaram em outra MAN [11]. 8

19 3.2. Padrão RS-232C, RS-422, RS-485 O padrão RS-232C foi o primeiro padrão de comunicação serial para interligação de equipamentos, tendo sido introduzido em Suas características, que são basicamente para sinalização do meio físico, compreendem: transmissão unidirecional; uso de lógica positiva: +5V a +15V equivale ao 1 lógico; e -5V a -15V equivale ao 0 lógico; faixa garantida para operação entre 0 e 20 kbps ( quilo bits por segundo); distância máxima recomendada: 50 pés (15m); O padrão RS-422 é um padrão de comunicação diferencial para linhas balanceadas, unidirecional, de forma a permitir a conexão de 1 transmissor a até 10 receptores, com as seguintes características principais: sinal de saída nas faixas +2V a +6V e -2V a -6V; 0,4V mínimo de sinal diferencial; limites de 10Mbits para distâncias de até 40 pés (13m) ou então, distância máxima de 4000 pés (1300m) para velocidades de até 100 kbps. O padrão RS-485 é uma extensão do padrão RS-422 com o objetivo de permitir a implementação de redes onde é possível interligar até 32 transmissores e até 32 receptores no mesmo par de fios de comunicação, sendo que são mantidas todas as especificações físicas do padrão RS

20 3.3. Sentido da Transmissão dos Dados As direções de transmissão dos dados permitem classificar um canal de comunicação nas seguintes alternativas : Simplex: é quando o sentido do fluxo de sinais é único (caso das redes em anel); Half-duplex: é quando o fluxo de sinais ocorre em ambos os sentidos, em instante diferentes no tempo (caso de redes tipo barramento); Full-duplex: é quando ocorre fluxo de sinais em ambos os sentidos no mesmo instante de tempo, havendo portanto a obrigatoriedade de existir dois canais de comunicação distintos Protocolos de Comunicação Redes locais, interligando vários processadores, funcionando de forma integrada, devem possuir um conjunto de regras bem definidas para comunicação de dados entre os processadores, denominadas de Protocolos. Ao conjunto de protocolos de uma rede denomina-se Arquitetura de Protocolos. Na comunicação de dados e na interligação em rede, protocolo é um padrão que especifica o formato de dados e as regras a serem seguidas. Sem protocolos, uma rede não funciona. Um protocolo especifica como um programa deve preparar os dados para serem enviados para o estado seguinte do processo de comunicação. Um protocolo de comunicação nada mais é do que um conjunto de convenções que rege o tratamento e, especialmente, a formatação dos dados num sistema de comunicação. Seria a "gramática" de uma "linguagem" de comunicação padronizada. Os mais diversos meios podem ser utilizados para criar códigos de comunicação: o meio mais utilizado até hoje é o elétrico. Porém, para fazer uso de qualquer código para transmitir uma mensagem, existe a necessidade de um protocolo. Protocolo de Comunicação: convenção na formatação dos dados Código de Comunicação: convenção dos símbolos usados 10

21 Mensagem: conteúdo do que se transmite e recebe IEC É interessante, mencionar o protocolo IEC que define as regras para comunicação de equipamentos usadas na automação de sistemas elétricos. IEC Fornece uma padronização razoável para comunicação entre UAC s e os Centros de Controle, sendo hoje amplamente empregado. Como uma evolução deste protocolo surgiu um novo padrão, o IEC , o qual permitiu a comunicação entre redes LAN e WAN (Wide Area Network). Este padrão é baseado no uso do protocolo ETHERNET, com sistema de acesso ao meio TCP/IP, hoje o mais difundido internacionalmente no setor de redes de transmissão de dados. Podem ser ajuntadas várias estações que usam este protocolo em uma instalação interconectada para controlar e monitorar os equipamentos de um sistema de energia elétrica distribuído, de um ponto central. Este padrão define a funcionalidade para a interoperabilidade dos equipamentos de telecontrole de diferentes fabricantes para a comunicação entre subestações e centros de controle. Então aplica-se a equipamento de telecontrole e sistemas de transmissão para monitorar processos. O protocolo utiliza padrões da série IEC IEC O protocolo IEC é destinado para o uso em transmissão de dados entre IED s como equipamentos da proteção e os sistemas de controle. O protocolo define as unidades de dados que especificam a disposição e os índices da mensagem, assim como a descrição da ordem e das situações em que estas mensagens são emitidas. Uma meta importante da IEC para a interface de informação dos equipamentos de proteção é a habilidade de unir dispositivos de proteção de fabricantes diferentes e gerações diferentes para um sistema de controle de estação sem aplicar qualquer esforço adaptável adicional. 11

22 DNP Protocolo de Rede Distribuído, é um protocolo aberto, público, baseado em padrões abertos existindo para trabalhar dentro de uma variedade de redes. Foi desenvolvido para alcançar interoperabilidade entre sistemas elétricos, óleo & gás e indústrias de segurança. Recomenda o uso de DNP 3 ou IEC para comunicação entre unidades terminais remotas e dispositivos eletrônicos inteligentes. DNP também pode ser implementado em qualquer sistema SCADA para comunicações entre computadores de subestação, CLP s, IED s e estações mestre. É usado para trocar dados entre CLP e pontos de controle remoto. Assim pode ser usada para a comunicação do centro de controle bem como para uma comunicação com os relés de proteção ou outros dispositivos eletrônicos inteligentes MODBUS Modbus é um protocolo de comunicação de dados utilizado em sistemas de automação industrial. É um dos mais antigos protocolos utilizados em redes de controladores lógicos programáveis para aquisição de sinais de instrumentos. Por serem altamente difundidos são utilizados em milhares de equipamentos existentes e é uma das soluções de rede mais baratas a serem utilizadas em automação industrial TCP/IP TCP/IP é o protocolo de rede mais usado atualmente. Seu nome faz referência a dois protocolos diferentes, o TCP (Transmission Control Protocol, Protocolo de Controle de Transmissão) e o IP (Internet Protocol, Protocolo de Internet). Os protocolos para internet formam o grupo de protocolos de comunicação que implementam a pilha de protocolos sobre a qual a internet e a maioria das redes comerciais funcionam. 12

23 Como muitos outros modelos de protocolos, podem ser vistos como um grupo de camadas, em que cada uma resolve um grupo de problemas da transmissão de dados, fornecendo um serviço bem definido para os protocolos da camada superior. Estas camadas mais altas estão logicamente mais perto do usuário (camada de aplicação), lidam com dados mais abstratos e confiam nos protocolos das camadas mais baixas para traduzir dados em um formato que pode eventualmente ser transmitido fisicamente Características do Meio de Transmissão Meio de transmissão é a conexão física entre as estações da rede. Geralmente eles diferem com relação à faixa passante, ao potencial para conexão, à limitação geográfica devido à atenuação característica do meio, à imunidade a ruído, ao custo, à disponibilidade de componentes e à confiabilidade. A escolha do meio de transmissão adequado às aplicações é extremamente importante, não só pelos motivos mencionados acima, mas também pelo fato de que ele influencia diretamente os custos de interface com a rede. Qualquer meio físico capaz de transportar informações eletromagnéticas é passível de ser usado em redes locais, porém os mais utilizados são o par trançado, o cabo coaxial e a fibra ótica. Podemos subdividir os cabos utilizados em redes em dois grupos principais: cabos elétricos são cabos de cobre (ou de um outro material condutor) que transmitem os dados através de sinais elétricos. cabos ópticos são cabos de fibra óptica que transmitem a informação através de sinais ópticos ou luminosos Cabos Elétricos Cabo Par Trançado 13

24 No par trançado, dois fios são enrolados em espiral de forma a reduzir o ruído e manter constante as propriedades elétricas do meio através de todo o seu comprimento. A transmissão do par trançado pode ser tanto analógica como digital. Radiação pode ocorrer quando a relação entre a separação dos condutores e a freqüência de operação chega a um certo ponto. Como conseqüência, existe um limite na freqüência de transmissão. A faixa passante do par trançado é notavelmente alta, podendo chegar a uns poucos megabites por segundo, dependendo da distância, técnica de transmissão e qualidade do cabo. A perda de energia é um parâmetro importante quando se discute não só a taxa mínima de transmissão, mas também a distância máxima permitida, em qualquer que seja o meio de transmissão. A perda de energia aumenta com o aumento da distância, até chegar a um ponto em que o receptor não consegue mais reconhecer o sinal. Energia pode ser perdida por radiação (o meio físico pode funcionar como uma antena se o condutor é uma fração considerável do comprimento de onda transmitida) ou por calor (será proporcional à corrente e à impedância do meio, aumentando com a freqüência, uma vez que o sinal é transportado cada vez mais na parte externa do condutor - efeito pelicular). Em geral, um par trançado pode chegar até várias dezenas de metros, com taxas de transmissão de alguns megabites por segundo. A principal desvantagem do par trançado é a sua susceptibilidade a IEM. Este problema pode ser minimizado com o uso de blindagem. Em sistemas de baixa freqüência, a imunidade a ruído é tão boa quanto a do cabo coaxial. Em freqüências um pouco mais elevadas (acima de 100 khz, aproximadamente) o cabo coaxial é bem superior. A conexão dos nós ao cabo é extremamente simples. Devido à sua relativa simplicidade e baixo custo, conjugadamente com boas características de transmissão, estes cabos têm sido largamente utilizados quer em redes locais quer em redes alargadas. Figura 2: Cabo Par Trançado 14

25 Cabo Coaxial: É constituído por um condutor interno circundado por um condutor externo, separados por um dielétrico. O condutor externo é circundado por uma camada isolante. A conexão dos nós ao cabo exige técnicas especiais devido a impedância dos conectores. A maioria dos sistemas em banda básica utilizam cabos com impedância característica de 50 ohm, ao invés de cabos de 75 ohm comumente utilizados nas transmissões de sinais de TV ou redes de banda larga. Os cabos coaxiais propiciam melhor imunidade a ruídos do que o par trançado. Figura 3: Cabo Coaxial Cabos Ópticos A transmissão em fibra ótica é realizada pelo envio de um sinal de luz codificado, dentro de um domínio de freqüência do infravermelho, a Hz, através de um cabo ótico. As fontes emissoras de luz podem ser diodos emissores de luz ou lasers semicondutores. Estes últimos são preferidos por serem mais eficientes em termos de potência e devido a sua menor largura espectral, que reduz os efeitos de dispersão cromática na fibra. Diodos emissores de luz (LED s) são, por outro lado, mais baratos, além de se acomodarem melhor à temperatura ambiente e terem um ciclo de vida maior do que o laser. A fibra ótica possui algumas características físicas que tornam o seu emprego em ambientes como os de subestações e usinas extremamente vantajoso, tais como: é imune a interferências eletromagnéticas; 15

26 propicia o isolamento elétrico entre o transmissor e o receptor, eliminando os riscos de curto e transmissão de potenciais elevados à casa de controle; apresenta atenuação independente da freqüência, propiciando, assim, uma velocidade de transmissão bastante alta. Sob condições de laboratório podem ser obtidas velocidades de transmissão na ordem de gigabites por segundo. A composição da fibra é determinante na sua atenuação, que pode ser causada pela dispersão ou absorção da luz, provocada por impurezas no núcleo. Uma desvantagem do uso da fibra ótica é o comprometimento da confiabilidade em relação ao par trançado e cabo coaxial em função das necessidades do uso de transceptores eletro-ótico e ótico-elétrico nas interfaces com os nós. Contudo, a tecnologia das fibras ópticas ainda tem custo relativamente elevado (quando comparada com a dos outros cabos), o que tem sido um fator impeditivo da sua difusão em larga escala. Por exemplo, ao nível de pequenas redes locais não é justificada a utilização dessa tecnologia, uma vez que os cabos elétricos conseguem bom desempenho com preço muito mais reduzido. Figura 4: Fibra Óptica [5] 16